NGV-Geonieuws 31

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Oktober 2002, jaargang 4 nr. 19

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

260 Mantelpluim onder IJsland komt van grote diepte
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde !

IJsland is niet veel anders dan een hoog (en daardoor boven zeeniveau uitstekend) deel van de Mid-Atlantische Rug. Deze rug die, net als de andere midoceanische ruggen, vele duizenden kilometers lang is, is een gevolg van het uiteendrijven van twee aardschollen die als het ware meedrijven op de convectiestromen die delen van de aardmantel en aardkorst voortdurend ten opzichte van elkaar laten bewegen (continentverschuiving). Waar de convectiestromen omhoogkomen (zoals bij de midoceanische ruggen), welt heet magma uit het binnenste der aarde op. Dat verklaart de vulkanische aard van de mid-oceanische ruggen, en dus ook van IJsland.


MET TOMOGRAFIE VERKREGEN BEELD VAN DE MANTELPLUIM ONDER IJSLAND

Bij IJsland is er echter, net als bij bijv. HawaÔ, sprake van een extra sterke opwelling van magma (dat verklaart waarom hier de vulkanische toppen tot boven zeeniveau uitsteken). De sterke opwelling van magma zorgt voor relatief hoge temperaturen in de ondergrond (hot spots), wat er in IJsland mede toe geleid heeft dat er veel aardwarmte beschikbaar is (voor onder meer de verwarming van sommige trottoirs die daardoor in de winter sneeuwvrij blijven). De sterke opwelling van magma bij hot spots hangt gewoonlijk samen met zogeheten mantelpluimen; deze rijzen, net als zoutdiapieren, uit een 'reservoir' omhoog en dringen daarbij in het bovenliggende materiaal binnen. De meeste deskundigen hielden het erop dat de mantelpluim onder IJsland diep in de aardmantel begint, maar daar zijn nooit echt harde bewijzen voor gevonden.

Een team van Amerikaanse en IJslandse onderzoekers is er nu echter in geslaagd om nauwkeuriger beelden van de mantelpluim te krijgen. Eerdere beelden, uit 1997, wezen er al op dat de pluim op grote diepte begon, maar zeker was dat nog niet. In 2000 werden die beelden opnieuw geÔnterpreteerd, maar toen kwamen de onderzoekers zelfs tot de uitspraak dat ze niet met zekerheid tussen een diepe en een ondiepe herkomst van de mantelpluim konden beslissen. Die onzekerheid is nu weggenomen. Dat is niet te danken aan betere beelden, maar aan een nieuwe manier waarop de onderzoekers het model dat de diepte moet reconstrueren op basis van de beelden, hebben verfijnd. Ze zijn nu wel in staat om de diepte te bepalen waarop een mantelpluim ontstaat. Zo konden ze, op basis van de beelden die al eerder waren verkregen, vaststellen dat de mantelpluim onder IJsland zijn oorsprong inderdaad diep in de aardmantel heeft.

Referenties:
  • Wolfe, C.J., Bjarnason, I.Th., VanDecar, J.C. & Solomon, S.C., 2002. Assessing the depth resolution of tomographic models of upper mantle structure beneath Iceland. Geophysical Research Letters 29 (2): 10.1029/2001GL013657.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Cecily J. Wolfe, Geophysics & Planetology, University of Hawaii at Manoa, Honolulu.

261 Oudste sporen nog ouder of geen sporen?
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

In 1998 werd de paleontologische wereld geconfronteerd met structuren die door de onderzoekers werden geÔnterpreteerd als de sporen van (wormachtige) dieren. Het pakket in India waarin deze structuren waren ontdekt bestond uit zandstenen, waarvan de ouderdom werd geschat op ca. 1,1 miljard jaar. De vondst was dus schokkend, want het zou betekenen dat de oudste sporen van 'hogere' organismen zoín 500 miljoen jaar ouder waren dan de tot dan toe oudst bekende sporen.

Een dergelijke sprong terug in de tijd was destijds al zo schokkend dat er van diverse kanten twijfel werd geuit aan de interpretatie van de structuren. Maar inmiddels is de hele situatie nog schokkender geworden: nu is namelijk komen vast te staan dat het desbetreffende pakket niet 1,1 miljard jaar oud is, maar 1,6 miljard jaar (" 8 miljoen jaar). Die datering lijkt onloochenbaar, want hij is door twee teams van onderzoekers - onafhankelijk van elkaar - gevonden op basis van radiometrische gegevens. Het gaat daarbij om het verval van uranium tot lood in kleine zirkoonkristalletjes die gevonden zijn in vulkanische as net boven en net onder het zandsteenpakket met de structuren.

Deze datering zou echter wel betekenen dat de gevonden structuren, als dat inderdaad sporen van wormachtige organismen zouden zijn, maar liefst een miljard jaar ouder zouden zijn dan de eerstvolgende fossielen van 'hogere' organismen. Dat is onbegrijpelijk, want dan zou het leven zich veel eerder tot betrekkelijk complexe vormen moeten hebben ontwikkeld dan tot nu toe werd aangenomen, maar ook zouden van dat leven gedurende een miljard jaar geen sporen zijn achtergebleven.

De bekende ichnoloog (onderzoeker van kruipsporen, graafgangen, etc.) Adolph Seilacher (Yale University), die de sporen heeft onderzocht, noemt ze nu 'nog opwindender en nog onwaarschijnlijker'. Hij kan echter niet om de werkelijkheid heen: 'Ik heb geen andere verklaring kunnen vinden, noch een verklaring van anderen gehoord', zegt hij, 'en heeft iemand dan een niet-biologisch verklaring voor deze verschijnselen?'. De paleontologe Mary Droser (Universiteit van California) denkt dat ze zoín niet-biologische verklaring heeft: 'ze zien er meer uit als scheuren dan als sporen'.

Die interpretatie zou ik (A.J.v.L.) niet durven onderschrijven; mijn ervaring met krimpscheuren, vorstspleten en soortgelijke scheuren is dat ze een heel ander beeld vertonen dan de fotoís die tot nu toe van deze verschijnselen zijn gepubliceerd. Ik zou er, in navolging van Seilacher, niet aan twijfelen om ze aan wormachtige dieren toe te schrijven als ze een miljard jaar jonger zouden zijn geweest. Nu blijven ze echter ook voor mij een raadsel.

Dit raadsel is des te interessanter nu er steeds meer kans lijkt te komen op monsters van de planeet Mars. Als we zelfs op aarde niet kunnen vaststellen of bepaalde sporen afkomstig zijn van organismen, hoe moeten we dat dan doen voor verschijnselen die onder mogelijk sterk verschillende omstandigheden zijn gevormd? Samuel Bowring (Massachusetts Institute of Technology) vraagt zich zelfs af hoe we vroeger leven als zodanig moeten herkennen wanneer paleontologen zelfs moeite hebben met het definiŽren daarvan.

Referenties:
  • Kerr, R.A., 2002. Earliest animal tracks or just mud cracks? Science 295, p. 1209-1210.
  • Rasmussen, B., Bose, P.K., Sarkar, S., Banerjee, S., Fletcher, I.R. & McNaughton, N.J., 2002. 1.6 Ga U-Pb zircon age for the Chordat Sandstone, lower Vindhyan, India: possible implications for early evolution of animals. Geology 30, p. 103-106.
  • Seilacher, A., Bose, P.K. & PflŁger, F., 1998. Triploblastic animals more than 1 billion years ago: trace fossil evidence from India. Science 282, p. 83-85.

262 IJzertekort deed evolutie een miljard jaar stilstaan
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Tussen ťťn- en twee miljard jaar geleden stond de evolutie van het leven op aarde, dat zich al meer dan een miljard jaar eerder had ontwikkeld, en dat het door voortgaande evolutie inmiddels had gebracht tot een variatie aan primitieve vormen waarin de cyanobacteriŽn overheersten, vrijwel stil. De oorzaak van die langdurige pauze in de evolutionaire ontwikkeling heeft tot tal van - steeds fel bediscussieerde - hypotheses geleid, maar de geochemicus Ariel Anbar (University of Rochester) en de paleontoloog Andrew Knoll (Harvard University) hebben hiervoor een intrigerende verklaring opgesteld.

Doordat omstreeks 2,2 miljard jaar geleden de atmosfeer steeds zuurstofrijker werd, veranderde het verweringsproces op het land. Daardoor werden volgens de onderzoekers, die zich daarbij baseren op de verhouding van de zwavel-isotopen in de sedimenten die destijds op de oceaanbodem werden gevormd, veel grotere hoeveelheden zwavel via rivieren naar de oceanen afgevoerd dan in de voorafgaande tijd het geval was geweest. Door de toegenomen zuurstofconcentratie in de atmosfeer werd tegelijk de oceaan zuurstofrijker. Dat beperkte zich echter tot de bovenste waterlagen; de diepere waterlichamen, waarin de aangevoerde zwavel als sulfiden (inclusief zwavelwaterstof) werd opgenomen, bleven echter zuurstofarm. De ook in dat diepere water terechtkomende sulfiden verbonden zich met het tot dan toe in ruime mate in het zeewater aanwezige ijzer tot onoplosbare verbindingen, waardoor er weinig ijzer als voedingsstof in het water achterbleef. Hetzelfde gold voor andere metalen zoals molybdeen, koper, zink, vanadium en cadmium.

Door de verwijdering uit het zeewater van deze metalen zouden de organismen een gebrek aan deze voor hen essentiŽle voedingsstoffen hebben gekregen: om de noodzakelijke stikstof uit de atmosfeer te kunnen opnemen in een voor hen bruikbare vorm moesten ze namelijk enzymen kunnen vormen die berusten op een ijzer- en een molybdeenatoom. De primitieve cyanobacteriŽn (in feite symbioses van 1-10 micrometer kleine, eencellige organismen) zien nog wel kans om bij lage ijzerconcentraties in het water te overleven. Voor meercellige algen vormde het tekort aan bruikbare stikstof echter zoín grote evolutionaire handicap dat er gedurende lange tijd geen of nauwelijks hogere organismen ontstonden. Daarin zou pas weer verandering optreden toen sterke erosie na een periode van gebergtevorming meer metalen naar zee deed afvoeren, die daar - dankzij een inmiddels veel zuurstofrijkere atmosfeer en daardoor inmiddels ook zuurstofrijker geworden dieptewater in de oceanen- in geoxideerde, oplosbare vorm beschikbaar kwamen. Toen konden zich plotseling talrijke nieuwe soorten van grote, meercellige planten (algen) ontwikkelen.

De plotselinge beschikbaarheid van voedingsstoffen maakte zo een einde aan een evolutionair gezien weinig opwindende periode van maar liefst een miljard jaar.

Referenties:
  • Anbar, A.D., Knoll, A.H. 2002. Proterozoic ocean chemistry and evolution: a bioinorganic bridge? Science 297. p. 1137-1142.
  • Kerr, R.A., 2002. Could poor nutrition have held life back? Science 297, p. 1104-1105.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Evolutie stond lang stil door gebrek aan voedingsstoffen' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (24 augustus 2002).

263 Aardmantel rijk aan calcium en aluminium
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde !


CALCIUM

Wat we weten van de structuur van het inwendige der aarde berust vooral op seismische gegevens, in het bijzonder de snelheid waarmee schokgolven zich voortplanten. Die snelheid neemt plotseling toe in een overgangszone op een diepte van ongeveer 410 tot ongeveer 660 km. Die oplopende snelheid van de schokgolven wordt verklaard door en combinatie van factoren, waarvan veranderingen in de mineralogische samenstelling het belangrijkste zijn. Daarbij zou volgens de huidige inzichten een zeer beperkt aantal mineralen echt een rol spelen. Dat blijkt uit tal van experimenten die onder hoge druk met deze zogeheten sleutel-mineralen zijn uitgevoerd.

De uitgevoerde experimenten gaven weliswaar aan wat de waarschijnlijke mineralogische samenstelling is in de overgangszone - uitgaande van berekeningen over de druk en temperatuur daar - maar hebben tot nu toe niet of nauwelijks rekening gehouden met de karakteristieken van die mineralen. En daar lijkt nu een probleem om de hoek te komen kijken. Sinogeikin en Bass hebben namelijk onderzocht met behulp van een vrij ingewikkelde techniek (Brillouin spectroscopie) wat de elasticiteit is van de sleutelmineralen onder omstandigheden zoals die in de overgangszone heersen. Die elasticiteit is uiteraard van essentieel belang voor de voortplantingssnelheid van schokgolven. De onderzoekers vonden met hun laboratorium-experimenten dat de toename van de loopsnelheid van de schokgolven die optreedt wanneer elk van de belangrijkste mineralen uit de overgangszone wordt samengedrukt, niet voldoende groot is om de plotselinge toename van de golfsnelheid in de overgangszone (zoals die seismisch wordt gemeten) geheel te verklaren.

De snelle toename van de loopsnelheid van de schokgolven in de overgangszone achten ze daarom niet het gevolg van de tot nu toe veronderstelde veranderingen in de mineralogische samenstelling. Ze denken eerder aan een geleidelijk met de diepte toenemende transformatie van het ene mineraal in het andere, waarbij het 'diepere' mineraal een aanzienlijk grotere elastische vervorming mogelijk maakt. Als dat inderdaad het geval is, dan bevat de mantel waarschijnlijk veel meer calcium en aluminium dan tot nu toe werd aangenomen: deze twee betrekkelijk lichte elementen zouden volgens de huidige inzichten vrijwel geheel in de aardkorst zijn geconcentreerd.

Referenties:
  • Sinogeikin, S.V. & Bass, J.D., 2002. Elasticity of majorite and majorite-pyrope solid solution to high pressure: implications for the transition zone. Geophysical Research Letters 29 (2) 10.1029/2001GL013937.

264 Diefstal pakt duur uit voor dief
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Barry James heeft de strijd opgegeven. Deze handelaar in fossielen, woonachtig in Sunbury (in de Amerikaanse staat Pennsylvania) heeft - om een zwaardere straf te ontlopen - schuld bekend in een proces dat de Amerikaanse federale overheid tegen hem had aangespannen. De aanklacht luidde dat hij het skelet van een Allosaurus had gestolen van land dat aan de staat Utah toebehoort en dat hij heler was van andere onrechtmatig verkregen fossielen.

James had twee mannen betaald om, inmiddels meer dan tien jaar geleden, het skelet van de Allosaurus op te graven. Hij verkocht het skelet in 1992 aan een zekere Hayashibara, werknemer van het bedrijf Okayama dat zich bezig houdt met onderzoek van farmaceutische producten en voedsel. Wat de precieze bedoelingen met het skelet waren, is niet duidelijk, maar wel duidelijk is dat het bedrijf het skelet voor langere of kortere tijd heeft willen tentoonstellen. Okayama was kennelijk niet op de hoogte van het illegale karakter van het skelet, en overweegt om het skelet naar de Verenigde Staten terug te sturen. Dat is echter nog niet gebeurd.

De rechter, die Barry James op 23 juli veroordeelde aan het Hof van Salt Lake City, heeft duidelijk gemaakt dat het de Amerikaanse overheid niet alleen ernst is met de aanpak van mensen die vindplaatsen van fossielen plunderen, maar dat ook mensen zullen worden vervolgd die fossielen weghalen van land dat aan de overheid toehoort.

In de deal die James met de rechtbank had gesloten, is overeengekomen dat hij 50.000 dollar boete zal betalen. Zo wordt het illegaal verzamelen van fossielen voor commerciŽle doeleinden (terecht) een dure grap. Amateurverzamelaars die op een 'normale' wijze te werk gaan, hebben overigens vooralsnog niets te vrezen, tenzij zij materiaal weghalen van plaatsen waar dat nadrukkelijk is verboden.

Referentie

Referenties:
  • Anonymus, 2002. Dinosaur theft proves costly for palaeo-plunderer. Nature 418, p. 576.

(zie ook Geonieuws 157)


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl